寧濤 郭亞芝 鄧永輝

摘 要：針對工程應(yīng)用中對L頻段濾波器的需求和小型化考慮，在設(shè)計時采用疊層微帶線濾波器是一個不錯的選擇。L頻段微帶線濾波器本身是一種采用分布參數(shù)實(shí)現(xiàn)的濾波器件，不可控因素較多，為達(dá)到較優(yōu)設(shè)計指標(biāo)可能需要多次試制，這與研發(fā)進(jìn)度會形成沖突。ADS（Advanced Design System）作為一款仿真類EDA軟件，能夠在研發(fā)初期對濾波器進(jìn)行仿真分析，大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和研發(fā)效率。該文針對L頻段疊層濾波器進(jìn)行了論述和ADS仿真，試制品測試結(jié)果滿足設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：濾波器;L頻段;疊層;ADS;EDA設(shè)計

1 引言

濾波器在通信系統(tǒng)中占有非常重要的地位，廣泛應(yīng)用于電臺通信、衛(wèi)星通信、測量測繪、雷達(dá)技術(shù)以及電子對抗技術(shù)等領(lǐng)域。在射頻發(fā)信道中經(jīng)常會用到諧波濾波器類器件對功率放大器輸出信號進(jìn)行選頻濾波。諧波濾波器一般都采用通帶插入損耗小，阻帶抑制較高的設(shè)計思路進(jìn)行設(shè)計，常見的為選用橢圓函數(shù)濾波器或采用濾波器級聯(lián)的方式。

本文涉及的是一種應(yīng)用在L頻段的低通濾波器。頻率較低時低通濾波器是由高品質(zhì)因數(shù)（Q）電感線圈和電容等集中參數(shù)器件搭建的，這類器件能夠很好滿足設(shè)計指標(biāo)要求，但頻率上升至L頻段及以上時，由于集中參數(shù)元件選值較小，其精度不夠并且Q值也會急劇下降，造成濾波器通帶頻率內(nèi)插入損耗變大并且難以調(diào)試，無法滿足設(shè)計要求。所以本文涉及的L頻段低通濾波器采用微帶線方式構(gòu)建濾波器。同時為了小型化設(shè)計要求，多個微帶線濾波器采用了疊層結(jié)構(gòu)以減少器件在印制板貼裝時的占板面積。

ADS是美國Agilent公司推出的電路和系統(tǒng)分析軟件，可實(shí)現(xiàn)包括時域和頻域、線性和非線性、模擬和數(shù)字、器件級和系統(tǒng)級等多方面仿真，解決了射頻電路設(shè)計領(lǐng)域困擾設(shè)計工程師的大多數(shù)問題，是一款強(qiáng)大的射頻電路設(shè)計與仿真工具軟件。本文將采用ADS（Advanced Design System）輔助設(shè)計軟件，對這款L頻段微帶線濾波器進(jìn)行仿真分析，旨在提供一種利用ADS仿真軟件進(jìn)行微帶線濾波器設(shè)計的思路和方法，從而減少設(shè)計迭代，提高設(shè)計速度。

2 微帶線濾波器設(shè)計思路

微帶線濾波器通常分兩種：一種是通過將開路、短路微帶線等效為電抗元件構(gòu)成分布參數(shù)濾波器;另一種是利用相鄰微帶線之間奇模、偶模通過公共接地板產(chǎn)生耦合效應(yīng)形成奇模特性阻抗和偶模特性阻抗，級聯(lián)這些耦合微帶線可得到濾波器的特性。當(dāng)然這兩種微帶線濾波器并不是絕對獨(dú)立的，有時需要將兩種微帶線濾波器進(jìn)行綜合考慮。早期微帶濾波器的設(shè)計較多的采用鏡像參量設(shè)計法和傳輸波設(shè)計法，但這兩種方法的設(shè)計缺點(diǎn)較多，目前主要采用以綜合設(shè)計為基礎(chǔ)的原型電路設(shè)計方法。根據(jù)設(shè)計要求找到合適的綜合設(shè)計出的濾波器原型后，查曲線初步確定其電路結(jié)構(gòu)，將對應(yīng)的表格歸一化參數(shù)進(jìn)行計算，得到該濾波器集總元件參數(shù)值。

本文中選用的濾波器原型有LC串并聯(lián)低通濾波器原型電路（見圖1）和橢圓濾波器低通原型電路（見圖2）。

上式中成立的條件是l為短線時，如果當(dāng)l較長時，電感特性會變成電容特性，電容特性也會變?yōu)殡姼刑匦?。這就說明尺寸對微帶線的特性起著很重要的作用。集中總參數(shù)電感和電容的設(shè)計也可以通過ADS仿真軟件計算得到，運(yùn)用ADS仿真軟件，代入已知的板材參數(shù)及微帶線長度，可以很容易計算出。

3 微帶線濾波器設(shè)計實(shí)例

本文設(shè)計的L頻段濾波器的指標(biāo)是：

（1）對頻段的劃分是1GHz～1.42GHz和1.42GHz～2GHz;

（2）輸入輸出阻抗為50歐姆;

（3）插入損耗設(shè)計值為不大于1.5dB;

（4）帶內(nèi)波動不大于0.5dB;

（5）阻帶衰減不小于40dB（1GHz～1.42GHz低通濾波器在2GHz阻帶頻率的衰減不小于40dB，1.42GHz～2GHz低通濾波器在2.84 GHz阻帶頻率的衰減不小于40dB）;

首先采用一個LC低通濾波器原型，通過上小節(jié)方法，計算出參數(shù)值。微帶線濾波器類型選用單枝短截線微帶線濾波器，根據(jù)微帶線特性阻抗計算公式計算出微帶線寬度和長度。單枝短截線低通濾波器的基本結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3單枝短截線低通濾波器的基本結(jié)構(gòu)

通過仿真計算和優(yōu)化設(shè)計，發(fā)現(xiàn)達(dá)到目標(biāo)設(shè)計時，TL4～TL6這三根單枝短截線長度太長，這樣版圖會擴(kuò)張的太大，使得所設(shè)計的微帶線濾波器不能滿足小型化要求。所以需要對單枝短截線進(jìn)行布局的調(diào)整，即將平直的單枝短截線進(jìn)行多次彎折，防止較大的面積擴(kuò)張。在彎折過程中，主要在彎折時進(jìn)行拐角處的導(dǎo)角等問題，防止影響濾波器指標(biāo)。彎折完成的版圖見圖4所示。

參考文獻(xiàn)

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